信號發生器可以為各種元器件和系統測試應用提供精準而穩定的測試信號。信號發生器 有一個重要的技術指標，那就是輸出功率范圍。在接收機靈敏度測試中，信號發生器通常 需要輸出低至 -120 dBm 的信號，在射頻功率放大器測試中，信號發生器通常需要輸出 高達 +20 dBm 的信號。它們需要在滿足關鍵技術指標（如精度、頻譜純度和噪聲）的同 時實現這一寬動態范圍。

功率有幾種類型，包括均功率、包絡功率和峰值包絡功率。在詳細了解每一種功率之 前，我們首先來了解一下功率的基礎知識。

什么是“功率”？

功率是能量傳輸的速率，測量單位為瓦（W）。一瓦等于一秒鐘內傳輸的一焦耳能量。

在直流（DC）中，功率是電壓和電流的乘積。在交流（AC）中也是如此，但是對于 交流而言，電壓和電流的變化會導致瞬時功率發生變化。

信號發生器的輸出功率是指輸出的平均功率。要得到平均輸出功率，我們只需要將 P 曲線下的面積求積分，如圖 1 所示。

圖 1. 直流和低頻功率測量。

關于 dB 和 dBm 的探討

如果沒有對 dB 標度進行探討，那么關于功率的討論就不能稱之為完整。dB 代表分貝， 用于表示對數標度的比率。將比率轉換為 dB 可以采用下面的公式：

其中，P0 是參考功率電平，P 是感興趣的功率電平。如果 P0 是 1 mW，您將得到 dBm。 換句話說，dBm 是取 1 mW 做基準值。

為什么要使用 dB 和 dBm？當我們要表達非常大或者非常小的值時，dB 和 dBm 非常 有用。例如，10,000,000,000 的比率可以表示為 100 dB，而 0.000 000 000 1 的 比率則可以表示為 -100 dB。

使用 dB 的另一個優勢是，它能夠讓您輕松計算總的系統增益或損耗。您只需對增益做 加法，對損耗做減法即可。這樣做非常方便，特別是當您的射頻系統中有多級放大器和 衰減器時。

什么是平均功率？

“平均功率”一詞通常用于射頻和微波系統，與之相對的是瞬時功率。瞬時功率變化 得太快，因此沒有意義。平均功率是在具有最低頻率分量的時間段內傳遞的平均能量。 功率傳輸始終是一個正值，不像電壓和電流（可以在正負值之間波動）。

了解包絡功率和峰值包絡功率

在表征射頻功率放大器時，您需要了解各種操作條件下的功耗。圖 2.3 所示為高頻調制 信號的功率測量。

包絡功率是通過對一個時間段內的功率取平均值來確定的，這個時間段比具有最高調制 頻率的時間段長，但比載波周期短。包絡功率讓您可以檢查調制或瞬變條件對功耗的影 響。由于電池供電的移動器件內采用了許多射頻功率放大器，因此這一點尤其重要。峰 值包絡功率（PEP）是最大包絡功率，它是表征發射機的重要參數之一。

信號發生器- 調制信號的電壓包絡

圖 3. 高頻調制信號的電壓包絡和功率包絡。上圖是調制信號的電壓包絡。左下方圖中的綠色部分是信號的瞬時功率，紅色是平均功率。右下方圖中紅色曲線的是包絡功率。

了解功率技術指標

談到功率技術指標時，許多信號發生器的產品資料中會列出功率輸出范圍、分辨率和適 用的頻率范圍。有幾點需要注意：

輸出幅度受頻率范圍和工作溫度的影響。

通常會有選件可以滿足更高的輸出功率需求。

步進衰減器提供粗略的功率衰減（步長為 5 dB）來實現低功率電平。在衰減器的保 持范圍（hold range）內由 ALC（自動電平控制）提供精細的功率電平調節。

“最大輸出功率”用于連續波（CW）模式。一些產品資料中列出了 I/Q 調制的最大 輸出功率。對于 Keysight MXG/EXG 信號發生器而言，功率技術指標指的是 PEP。

表 1. Keysight MXG/EXG 信號發生器的幅度技術指標 — 最大輸出功率。

有了調制之后，問題變得有點復雜

在時域和頻域內，大多數數字調制信號會出現類似噪聲的情況，而峰值似乎是隨機 的。您如何確定在這些峰值期間信號發生器未能達到飽和狀態？功率互補累積分布函 數（CCDF）曲線可以告訴我們這些峰值能達到的高度。例如，圖4 中的最高峰均比 （PAR）是 5.95 dB。

如果信號發生器的最大輸出功率為 18 dBm，那么信號發生器的最大功率輸出可設置為 12.05 dBm（18 dBm – 5.95 dB）。請記住，信號發生器的功率輸出是平均功率輸 出。如果將信號發生器的輸出設置為高于 12.05 dBm，那么峰值會被削減。

圖4. Keysight N5182B 信號發生器波形實用程序的 CCDF 圖。此處顯示的信號波形是符號速率為 1 Msps 的 64 QAM RRC（根升余弦）基帶濾波器波形。

信號發生器測量應用

如果您需要的輸出功率不在這個規定范圍，則可以使用放大器增大輸出功率，或使用衰減器降低輸出功率。但是，您需要考慮放大器的增益不確定度和衰減器的平坦度和精 度。這里有幾個高輸出功率和低輸出功率的測試應用。

高輸出功率測試應用：

1. 降低自動測試設備（ATE）系統內的切換損耗

2. 解決長電纜內的信號衰減問題

3. 高功率放大器

4. 接收機阻塞測試

低輸出功率測試應用：

5. 接收機靈敏度測量

6. 作為干擾信號